В Южном полушарии состоялось первое подключение по квантовой спутниковой связи между китайским микроспутником «Цзинань-1» и южноафриканским университетом. Это событие является важным шагом в развитии высокозащищенной связи в мире, где всё активнее внедряются квантовые компьютеры.
Китайские и южноафриканские учёные создали самую длинную в мире межконтинентальную сверхбезопасную квантовую спутниковую связь протяженностью 12 900 километров. Лазерными импульсами передано два изображения — Великой китайской стены и кампуса Стелленбошского университета (СУ) — между Пекином и объектами СУ в окрестностях Кейптауна.
Квантовая безопасность
Спутниковая связь шифрует информацию, создавая квантовые ключи в режиме реального времени с помощью квантового распределения ключей (QKD). Китайские и южноафриканские исследователи, продемонстрировавшие одноразовое использование квантового шифрования, заявляют, что оно не поддается взлому, обеспечивая чрезвычайно безопасную связь между китайскими и южноафриканскими наземными станциями. Команда профессора Хуаня Йиня расположена как в Стелленбошском университете Южной Африки, так и в Университете науки и техники Китая.
Квантовые коммуникационные технологии, основываясь на квантовой механике, обеспечивают новые уровни защиты от даже самых продвинутых атак. QKD шифрует ключи при помощи одиночных фотонов в бинарных суперпозициях, которые невозможно перехватить, скопировать или измерить без изменения, разрушающего сообщение. Благодаря своей уникальности QKD становится наилучшим средством против опасений, что будущие квантовые компьютеры сделают существующие методы безопасности недействительными.
Банки и правительства применяют QKD-шифрование в оптоволоконных сетях. Фотонов поглощение кабелями ограничивает эффективность передачи на большие расстояния. Эфирная передача позволит отправлять сообщения практически в любой уголок мира.
Квантовое лидерство Китая
Профессор Цзянь-Вей Пань, занимающийся квантовой физикой, руководит китайскими разработками в области квантовой связи. В стране сейчас функционируют два тысячи километров наземных квантовых соединений между тридцатью двумя узлами в крупных городах, таких как Пекин и Шанхай. В 2017 году профессор Хуан Инь возглавил первый в Китае успешный проект квантового спутника «Мicius», установив квантовую связь между Китаем и Австралией протяженностью семь тысяч шестьсот километров.
Новый спутник имеет массу в десять раз меньше и стоит почти вдвое дешевле, чем Micius. Заменив специализированные функции многоцелевыми приборами, например устройством, которое одновременно направляет луч и управляет ориентацией спутника, команда освободила значительное место на борту Jinan-1. Приемник также существенно усовершенствован, уменьшившись с 13 000 килограммов до портативного устройства весом 100 килограммов.
Южноафриканские квантовые достижения
Д-р Ясира Исмаил возглавил команду из Стелленбоша по созданию квантовой спутниковой связи. Профессор Франческо Петруччионе, директор Национального института теоретических и вычислительных наук (NITheCS), также из Стелленбоша, разработал одну из первых в мире оптоволоконных сетей квантовой связи. Сеть, расположенная в Дурбане, будет поддерживать создаваемый в Стелленбоше Центр квантовой науки и технологии, поскольку Южная Африка инвестирует средства в ведущую роль в квантовой области.
Университет Стелленбоша подходит для размещения наземной станции из-за климата с низкой влажностью и чистого неба. Южноафриканская станция в результате сгенерировала 1,07 миллиона зашифрованных битов за один проход спутника.
«Успешная демонстрация технологии квантового спутника утверждает Южную Африку как ключевого участника динамично развивающейся мировой экосистемы квантовых технологий. Такое сотрудничество способствует научным достижениям, наращивает локальные знания и реализует передовые квантовые исследования в практических технологиях. », — пояснил профессор Петруччионе.
Продолжение работы
Цзянь-Вей Пан руководит проектом запуска четырех микроспутников совместно с компанией China Telecom в 2026 году. Следующий год будет ознаменован запуском канадским спутника QKD — Quantum Encryption and Science Satellite. В мире реализуется около десятка проектов по созданию спутников QKD.
«Это открытие доказывает необходимость поддержания и финансирования основополагающих научных исследований, например, квантовых компьютеров. — Завершая выступление, профессор Сибусисо Мойо, заместитель проректора по научной работе, инновациям и аспирантуре СУ, сделал заключительные замечания.
«Радует то, что учёные расширяют научные границы. Это соответствует плану СУ на 2040 год: стать лидирующим африканским университетом с сильной исследовательской деятельностью, известным своим мастерством и продвижением знаний во благо общества. », — добавил он.